JP2018536867A - Mixed ionophore ion-selective electrode for improved detection of urea in blood - Google Patents
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Abstract
本出願は、生体由来のサンプルにおける、特に、血液ガスに関するポイント・オブ・ケア（ＰＯＣ）試験の分野における様々な種の含有量を測定するための改良された複数回使用のセンサアレイを開示する。複数回使用のセンサアレイが、測定チャンバ中に配置され、そのセンサアレイは、第１のイオン選択性電極を含む２つ以上の異なるイオン選択性電極を備え（例えばアンモニウム選択性電極は尿素センサの一部である）、その第１のイオン選択性電極は、ポリマーと、（ａ）第１のイオノフォア（例えばアンモニウム選択性イオノフォア）と、（ｂ）少なくとも１種の更なるイオノフォア（例えばカルシウム選択性イオノフォア、カリウム選択性イオノフォア、及びナトリウム選択性イオノフォアから選択される）と、を備える膜を含み、その第１のイオノフォアは、第１のイオン選択性電極中以外には、センサアレイ中のいかなるイオン選択性電極中にも存在しない。The present application discloses an improved multi-use sensor array for measuring the content of various species in biological samples, particularly in the field of point-of-care (POC) testing for blood gases. . A multi-use sensor array is disposed in the measurement chamber, the sensor array comprising two or more different ion selective electrodes including a first ion selective electrode (eg, an ammonium selective electrode is a urea sensor). The first ion-selective electrode is a polymer, (a) a first ionophore (eg, an ammonium-selective ionophore), and (b) at least one additional ionophore (eg, a calcium-selective electrode). Selected from ionophores, potassium selective ionophores, and sodium selective ionophores), the first ionophore being any ion in the sensor array other than in the first ion selective electrode. It is not present in the selective electrode.
Description
本発明は、生体由来のサンプル中の様々な種の含有量を測定するための改善された複数回使用のセンサアレイ（multiple−use sensor）に関する。より具体的には、血液ガスに関する臨床現場即時（point−of−care、ＰＯＣ）検査の分野では、また、いわゆる代謝パネルの評価では、全血中の尿素濃度の信頼できる、迅速かつ正確な測定が必要である。特にＰＯＣ検査に関しては、ＰＯＣ環境は、患者の状態の迅速な評価を必要とする非常に容態が悪い患者を含んでいることから、可能な限り最高の速さで測定を行う必要がある。したがって、具体的には、単回使用又は複数回使用にかかわらず、現在一般に使用されているようなセンサカートリッジ形式で配備することができる尿素センサが必要である。本発明は、測定時間が短く、次の測定を実施し得る前の回復時間が短い高速で複数回使用のセンサアレイに関する。 The present invention relates to an improved multiple-use sensor for measuring the content of various species in a biological sample. More specifically, in the field of point-of-care (POC) testing for blood gases, and in the assessment of so-called metabolic panels, a reliable, rapid and accurate measurement of urea concentration in whole blood. is necessary. Especially for POC testing, the POC environment needs to be measured as fast as possible because it includes very unwell patients who need a quick assessment of the patient's condition. Thus, there is a particular need for a urea sensor that can be deployed in the form of a sensor cartridge as commonly used today, whether single-use or multiple-use. The present invention relates to a high speed, multiple use sensor array with a short measurement time and a short recovery time before the next measurement can be performed.
共通の測定チャンバ（measuring chamber）中に配置された複数回使用のセンサアレイの動作では、センサは、次に詳細に説明するように、リンス溶液に全体的にセンサを曝して、次のサンプルのためにセンサを準備する。リンス溶液へのセンサのこの曝露は、センサが後にサンプル又は較正溶液に曝されるときに、差分シグナル（signal）値を得るための参照点としてセンサの状態値のいわゆる１点較正の確立を構成する。この原理は、電位値測定センサ（いわゆる電位差測定センサ）並びに電流測定センサ（アンペロメトリックセンサ）の両方に適用する。参照点という用語は、上記の様式で使用される電位差測定センサが、電気測定回路を完成させるための参照電極を必要としないことを示すものと理解するべきではない。上記の意味における参照点は、実際には、電位差測定センサの傾き及び標準電位を較正するために必要な較正点のうちの１つに他ならない。これはまた、センサを較正するために使用されるすべての溶液中に電位差測定センサの一次イオンを存在させることが一般に望ましい理由も説明する。一次イオンとは、ここでは、センサが最も選択する傾向がある（selective）イオンと理解されるべきである。電位差測定センサは、それらの一次イオン以外のイオンに曝されるときにシグナルを表示することも一般に認められている。これは、電位差測定センサメカニズムが、分子認識と、いわゆるイオノフォア分子に対する、一次イオンの結合と、それよりはるかに少ない程度での二次イオンの結合とも基づいているからである。この枠組みにおいて、用語「一次イオン」は、イオノフォアに最も特異的に結合するイオンを意味している。一次イオンの活性ａＩと、適切な参照電極に対して記録された電位との関係は、以下の式：
Ｅ＝Ｅ０＋（ＲＴ／ｎＦ）・ｌｎ［ａＩ］
で記述することができる。
In the operation of a multi-use sensor array placed in a common measuring chamber, the sensor exposes the sensor to the rinsing solution as described in detail below, so that the next sample Prepare the sensor for this. This exposure of the sensor to the rinsing solution constitutes the establishment of a so-called one-point calibration of the sensor state value as a reference point for obtaining a differential signal value when the sensor is later exposed to the sample or calibration solution. To do. This principle applies to both a potential measurement sensor (so-called potentiometric sensor) and a current measurement sensor (amperometric sensor). The term reference point should not be understood to indicate that a potentiometric sensor used in the manner described above does not require a reference electrode to complete the electrical measurement circuit. The reference point in the above sense is actually just one of the calibration points required to calibrate the potentiometric sensor tilt and standard potential. This also explains why it is generally desirable to have a primary ion in a potentiometric sensor in every solution used to calibrate the sensor. Primary ions are to be understood here as ions that are most selective by the sensor. It is also generally accepted that potentiometric sensors display a signal when exposed to ions other than their primary ions. This is because the potentiometric sensor mechanism is also based on molecular recognition, binding of primary ions to so-called ionophore molecules and binding of secondary ions to a much lesser extent. In this framework, the term “primary ion” means the ion that binds most specifically to the ionophore. The relationship between the active a I of the primary ion and the potential recorded against the appropriate reference electrode is:
E = E 0 + (RT / nF) · ln [a I ]
It can be described by.
この式は、イオン選択性電極に関するＮｅｒｎｓｔ式とも時として呼ばれる。一次イオンが溶液中に存在しないとき、対数関数内の項は非常に小さいことが理解することができる。もちろん、この場合の電位は負の無限大にはならず、それは物理的には無意味であろうが、それにもかかわらず、一次イオンが存在しないことから生じる問題点を正確に示している。実際の実験では、一次イオンが存在しないとき、ノイズ及び／又はドリフトによっても引き起こされうる（plagued）明確に定義されない電位が認められる。これは、イオン選択電極に関するＮｅｒｎｓｔ式の一般化を導き、それにより二次イオンの影響も考慮することができる。既知であり、しばしば適用される式は、二次干渉イオンを説明するために対数関数内に項が加えられている、いわゆるＮｉｃｈｏｌｓｋｉｉ−Ｅｉｓｅｎｍａｎｎ式：
Ｅ＝Ｅ０＋Ｓ ｌｏｇ［ａＩ＋ΣＫＩ，Ｊ（ａＪ）（ｚＩ／ｚＪ）］
（式中、ａＩはやはり一次イオンの活性であり、ａＪも任意の二次イオンの活性である）、である。
This equation is sometimes referred to as the Nernst equation for ion selective electrodes. It can be seen that the term in the logarithmic function is very small when no primary ions are present in the solution. Of course, the potential in this case does not become negative infinity, which may be physically meaningless, but nevertheless accurately indicates the problems that arise from the absence of primary ions. In actual experiments, in the absence of primary ions, a well-defined potential that is also plagued by noise and / or drift is observed. This leads to a generalization of the Nernst equation for the ion selective electrode, so that the influence of secondary ions can also be taken into account. An equation that is known and often applied is the so-called Nicholskii-Eisenmann equation, in which a term is added in the logarithmic function to describe the secondary interference ions:
E = E 0 + S log [a I + ΣK I, J (a J ) (zI / zJ) ]
(Wherein, a I is also active primary ion, a J also are active in any of the secondary ions), a.
上記の理由により好ましいとされるような、複数回使用のセンサアレイのリンス溶液中にアンモニウムイオンも存在することを必要とする特殊な場合に関しては、尿素−アンモニウム転化バイオセンサ（urea−to−ammonium converting biosensor）の変換素子としてアンモニウム選択性電位差測定センサ（アンモニウム選択性電極）を配備している間は、アンモニウムイオンの存在は、以下で詳述するように、多くの化学的理由により望ましくないことを見出した。理解できるように、センサの正確な較正を得るために、一次イオンを存在させることが非常に好ましいことから、これはジレンマをもたらす。 For special cases where ammonium ions are also required to be present in the rinse solution of a multi-use sensor array, as preferred for the above reasons, a urea-ammonium conversion biosensor (urea-to-ammonium While deploying an ammonium-selective potentiometric sensor (ammonium-selective electrode) as the converting element of the converting biosensor, the presence of ammonium ions is undesirable for many chemical reasons, as detailed below. I found. As can be appreciated, this leads to a dilemma because it is highly desirable to have primary ions present to obtain an accurate calibration of the sensor.
上記のように、アンモニウムイオンの存在は、いくつかの他のセンサに影響を与え、またいくつかの他のセンサにも有害であることを見出した。例えば、二酸化炭素のためのセンサの場合には、重炭酸イオンを含有する緩衝液が下に配設されているガス透過膜を使用するのが一般的である。最も一般的には、１０ｍＭ〜１００ｍＭの濃度の重炭酸ナトリウム溶液が使用される。二酸化炭素センサをも浸漬するリンス溶液中にアンモニウムイオンが存在する場合、アンモニウムイオンを含有する溶液と平衡状態にあって微量に存在するガスであるアンモニアは、内側の重炭酸ナトリウム水溶液中に拡散し、そこでアンモニウムイオンへと転化される。これにより二酸化炭素センサの機能が低下することになる。 As noted above, the presence of ammonium ions has been found to affect some other sensors and to be detrimental to some other sensors. For example, in the case of a sensor for carbon dioxide, it is common to use a gas permeable membrane in which a buffer solution containing bicarbonate ions is disposed below. Most commonly, a sodium bicarbonate solution with a concentration of 10 mM to 100 mM is used. When ammonium ions are present in the rinsing solution that also immerses the carbon dioxide sensor, ammonia, which is a gas that is in a state of equilibrium with the solution containing ammonium ions, is diffused into the aqueous sodium bicarbonate solution inside. Where it is converted to ammonium ions. This reduces the function of the carbon dioxide sensor.
更に、他のイオンのためのセンサ、すなわちイオン選択性電極（ＩＳＥ）は、特定の構造原理に応じていくつかの点で影響を受ける場合がある。今日、ほとんどすべてのＰＯＣの複数回使用のセンサアレイに基づく血液ガス分析器は固体状態のＩＳＥを配備している。これらは、典型的には、イオン選択性膜の下に配設された混合した電子／イオン導体を有する。例えば、ポリオクチルチオフェン（poly−octyl thiophene、ＰＥＤＯＴ）又はポリアニリン（polyaniline、ＰＡＮＩ）等の電子導電性ポリマーを使用することができる。他の例としては、例えば、イオン選択性材料、ナトリウムバナジウムブロンズの固体状態内部参照系（solid state inner reference system）、及び接点材料を備える電極デバイスを開示している米国特許第６，８０５，７８１号に記載されているような遷移元素の酸化物が挙げられる。また、他の例としては、銀電極の上部に形成された塩化銀層の使用が挙げられる。上記のように、もしアンモニアがイオン選択性膜を通って拡散し、混合した導体層に到達すると、予想外の電位シフト又はドリフトが観察されることがある。これは、強塩基であるアンモニアが、導体と膜との界面において釣り合っている平衡に干渉する場合があるという事実に起因している。また、これが起こり得る正確なメカニズムはＩＳＥの構造原理によって決まる。 Furthermore, sensors for other ions, ie ion selective electrodes (ISE), may be affected in several ways depending on the particular structural principle. Today, almost all POC multi-use sensor arrays based blood gas analyzers deploy solid state ISEs. These typically have mixed electron / ion conductors disposed below the ion selective membrane. For example, an electroconductive polymer such as poly-octyl thiophene (PEDOT) or polyaniline (PANI) can be used. Other examples include, for example, US Pat. No. 6,805,781, which discloses an electrode device comprising an ion selective material, a solid state inner reference system of sodium vanadium bronze, and a contact material. And oxides of transition elements as described in No. Another example is the use of a silver chloride layer formed on top of the silver electrode. As noted above, unexpected potential shifts or drifts may be observed if ammonia diffuses through the ion selective membrane and reaches the mixed conductor layer. This is due to the fact that ammonia, which is a strong base, may interfere with the balanced equilibrium at the conductor-membrane interface. Also, the exact mechanism by which this can occur depends on the structural principle of the ISE.
最後に、アンペロメトリックセンサもまた、アンモニウムイオンの存在に不利な影響を受ける（suffer from）場合がある。これは、ポリマー膜、例えばアンペロメトリックセンサのためにも使用されるポリマー膜を通って拡散するアンモニアの能力によってもまた引き起こされる。よく知られているように、多くのこのようなセンサは、酸素を電子受容体として使用する酵素によって酸素から発生される過酸化水素の測定に基づいている。しばしば、過酸化水素の測定は、過酸化水素が酸化されて酸素分子へと戻る貴金属アノードを用いることよって行われる。このプロセスは、プロトンの生成を伴う。これにより、反応速度がｐＨ依存性である貴金属電極上でのアノード反応によるフィードバック制御機構が作り出される。明らかに、確かにそうであるように、もしアンモニアが貴金属電極の表面に拡散すると、これにより過酸化水素検出のために起こる反応に影響を与える可能性がある。 Finally, amperometric sensors can also be adversely affected by the presence of ammonium ions. This is also caused by the ability of ammonia to diffuse through polymer membranes, such as polymer membranes also used for amperometric sensors. As is well known, many such sensors are based on the measurement of hydrogen peroxide generated from oxygen by an enzyme that uses oxygen as an electron acceptor. Often, the measurement of hydrogen peroxide is done by using a noble metal anode where the hydrogen peroxide is oxidized back to molecular oxygen. This process involves the generation of protons. This creates a feedback control mechanism by anodic reaction on the noble metal electrode whose reaction rate is pH dependent. Obviously, as is certainly the case, if ammonia diffuses to the surface of the noble metal electrode, this can affect the reaction that occurs for hydrogen peroxide detection.
リンス溶液及び較正溶液中のアンモニアの存在に関して、ガスであるアンモニアはポリマー材料中を通って当然流出する可能性があり、それにより明らかに溶液の濃度とｐＨが変化しうる独自の問題が引き起こされる。これは、較正の精度に有害であり、結果に偏りをもたらす。 With regard to the presence of ammonia in the rinsing and calibration solutions, the gaseous ammonia can naturally flow out through the polymer material, causing unique problems that can obviously change the concentration and pH of the solution. . This is detrimental to calibration accuracy and results in bias.
たとえリンス溶液中にアンモニウムイオン有していないものを選択すべき場合であっても、例えば尿素センサのバイオセンサ層における尿素の加水分解によって発生したアンモニウムイオンは、非常に低い濃度でもアンモニウム選択性電極の電位を決定してしまう、という更なる問題がある。これは、アンモニウムがアンモニウムＩＳＥそれ自体の一次イオンであるためである。したがって、残りの極微量のアンモニウムが依然として電位発生の原因となることから、リンスレベル（level）に対応するベースライン電位を確立することは非常に困難になる。これは、以下で更に詳細に説明され、リンス溶液及び較正溶液の動作サイクル（operational cycle）を説明する。 Even if it should be selected that the rinsing solution does not have ammonium ions, for example, ammonium ions generated by hydrolysis of urea in the biosensor layer of the urea sensor can be used even at very low concentrations. There is a further problem of determining the potential of. This is because ammonium is the primary ion of ammonium ISE itself. Therefore, it is very difficult to establish a baseline potential corresponding to the rinse level because the remaining traces of ammonium still cause potential generation. This is explained in more detail below and describes the operational cycle of the rinse and calibration solutions.
アンモニウム選択性電極の枠組みにおいて上で説明したが、これらを単独で使用する場合、尿素センサで使用する場合にかかわらず、複数回使用のセンサアレイに存在するイオン選択性電極の他のタイプについても同じであり、リンス時に明確な電位を確立するために、リンス溶液中における一次イオンそれぞれの存在が必要であるが、このようなイオンは他の電極に対して再び有害作用を引き起こす可能性がある。徹底的に調査したわけではないが、これは、リチウムイオン及びマグネシウムイオンのようないくつかのアニオンの組み合わせ及びカチオンの組み合わせの場合と同じ可能性がある。 Although described above in the framework of ammonium selective electrodes, when used alone, other types of ion selective electrodes present in multi-use sensor arrays, whether used with urea sensors, are also included. The same, the presence of each primary ion in the rinse solution is necessary to establish a distinct potential during rinsing, but such ions can again cause harmful effects on other electrodes . Although not an exhaustive investigation, this may be the same as for some anion combinations and cation combinations such as lithium and magnesium ions.
著者らの知る限りでは、血液ガス分析装置のための既存の尿素センサはこの問題を解決しようとはしていない。分析装置のサイクル時間が十分に長ければ、リンス中にアンモニウムイオンを有さないことの悪影響はあまり重大ではないように思われる。十分な時間及び体積のリンスを適用すれば、残留しているアンモニウムイオンの濃度は非常に低いレベルに低下することになる。しかしながら、非常に速いサイクル時間が必要であることから、この問題は悪化してきた。 To the best of the authors' knowledge, existing urea sensors for blood gas analyzers do not attempt to solve this problem. If the analyzer cycle time is long enough, the negative effect of not having ammonium ions in the rinse does not appear to be very serious. If sufficient time and volume of rinsing is applied, the concentration of residual ammonium ions will drop to a very low level. However, this problem has been exacerbated by the fact that very fast cycle times are required.
国際公開第２００４／０４８９６０（Ａ１）号は、カリウム、アンモニウム、及びナトリウムのような複数のイオンの測定のための疑似参照電極（pseudo reference electrode）として使用されるマルチイオノフォア膜電極を開示している。 WO 2004/048960 (A1) discloses a multi-ionophore membrane electrode used as a pseudo reference electrode for the measurement of multiple ions such as potassium, ammonium and sodium. .
Ｌｅｅ ｅｔ ａｌ．（１９９４）（Ｋ．Ｓ．Ｌｅｅ，Ｊ．Ｈ．Ｓｈｉｎ，Ｍ．Ｊ．Ｃｈａ，Ｇ．Ｓ．Ｃｈａ，Ｍ．Ｔｒｏｊａｎｏｗｉｃｚ，Ｄ．Ｌｉｕ，Ｈ．Ｄ．Ｇｏｌｄｂｅｒｇ，Ｒ．Ｗ．Ｈｏｗｅｒ，Ｒ．Ｂ．Ｂｒｏｗｎ，”Ｍｕｌｔｉｉｏｎｏｐｈｏｒｅ−Ｂａｓｅｄ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｒｉｃ Ｉｏｎ Ｓｅｎｓｏｒ ａｓ ａ Ｃａｔｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｆｏｒ Ｉｏｎ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ，” Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，Ｂ２０，１９９４，ｐｐ．２３９−２４６）は、例えば、カリウム、アンモニウム、及びナトリウム選択性のイオノフォアとしてバリノマイシン、ノナクチン、及びＥＴＨ ２１２０を含むマルチイオン選択性膜電極を開示している。 Lee et al. (1994) (K. S. Lee, J. H. Shin, M. J. Cha, G. S. Cha, M. Trojanowicz, D. Liu, H. D. Goldberg, RW. B. Brown, “Multiformophore-Based Solid-State Potentiometric Ion Sensor as a Cation Detector for Ion Chromatography,” for example, Sensors and Actuators, p. A multi-ion-selective membrane electrode comprising valinomycin, nonactin, and ETH 2120 as ionophores is disclosed.
Ｂａｋｋｅｒ ａｎｄ Ｐｒｅｔｓｃｈ（１９９８）（Ｂａｋｋｅｒ Ｅ，Ｐｒｅｔｓｃｈ Ｅ．Ｉｏｎ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｗｏ ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅ ｉｏｎｏｐｈｏｒｅｓ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｎｓｔａｎｔｓ ｏｆ ｉｏｎ−ｃａｒｒｉｅｒ ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ ｉｎ ｓｏｌｖｅｎｔ ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｍｅｍｂｒａｎｅｓ．Ａｎａｌ Ｃｈｅｍ １９９８；７０：２９５−３０２）は、リチウム選択性イオノフォア及びＨ＋選択性イオノフォアを含むリチウム選択性電極を開示している。 Bakker and Pretsch (1998) (Bakker E, Pretsch E.Ion-selective electrodes based on two competitive ionophores for determining effective stability constants of ion-carrier complexes in solvent polymeric membranes.Anal Chem 1998; 70: 295-302), the lithium A lithium selective electrode comprising a selective ionophore and an H + selective ionophore is disclosed.
Ｑｉｎ ａｎｄ Ｂａｋｋｅｒ（２００２）（Ｙｕ Ｑｉｎ，Ｅｒｉｃ Ｂａｋｋｅｒ．Ｑｕａｎｔｉｔｉｖｅ ｂｉｎｄｉｎｇ ｃｏｎｓｔａｎｔｓ ｏｆ Ｈ＋−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｃｈｒｏｍｏｉｏｎｏｐｈｏｒｅｓ ａｎｄ ａｎｉｏｎ ｉｏｎｏｐｈｏｒｅｓ ｉｎ ｓｏｌｖｅｎｔ ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｓｅｎｓｉｎｇ ｍｅｍｂｒａｎｅｓ．Ｔａｌａｎｔａ ５８（２００２）９０９−９１８）は、アニオンイオノフォアとＨ＋選択性クロモイオノフォアとの組み合わせを開示している。 Qin and Bakker (2002) (Yu Qin, Eric Bakker.Quantitive binding constants of H + -selective chromoionophores and anion ionophores in solvent polymeric sensing membranes.Talanta 58 (2002) 909-918) , the anion ionophore and the H + selective chromo A combination with an ionophore is disclosed.
米国特許第４，７６２，５９４号は、補償目的のために混合したイオノフォア電極を組み込むことによって人工参照（artificial reference）（電極）を発生させる方法に関する。米国特許は、とりわけ、少なくとも第１のイオン特異的センサ及び第２のイオン特異的センサを用いる較正測定のための方法を開示しており、第１のセンサは第１及び第２の異なる化学種にのみ感受性のある電極の組み合わせであり、第２のセンサは第２の種にのみ感受性がある。 U.S. Pat. No. 4,762,594 relates to a method of generating an artificial reference (electrode) by incorporating mixed ionophore electrodes for compensation purposes. The US patent discloses, among other things, a method for calibration measurement using at least a first ion-specific sensor and a second ion-specific sensor, the first sensor comprising first and second different chemical species. The second sensor is sensitive only to the second species.
米国特許第５，５８０，４４１号は、測定イオンに応答して電位を発生するための第１のイオン選択性電極と、妨害イオンに応答する第２のイオン選択性電極とを備える装置を開示している。 U.S. Pat. No. 5,580,441 discloses an apparatus comprising a first ion selective electrode for generating a potential in response to measured ions and a second ion selective electrode in response to interfering ions. doing.
米国特許第６，８０５，７８１号は、イオン選択性材料と、バナジウムナトリウムブロンズの固体状態内部参照系と、接点材料とを含み、ナトリウムはブロンズ中に可逆的にインターカレートされ得る、電極装置を開示している。 U.S. Patent No. 6,805,781 includes an ion selective material, a solid state internal reference system of vanadium sodium bronze, and a contact material, wherein sodium can be reversibly intercalated into the bronze. Is disclosed.
本発明の一態様は、複数回使用のセンサアレイに関するものであり、請求項１を参照されたい。 One aspect of the invention relates to a multi-use sensor array, see claim 1.
本発明の別の態様は、センサアレイを動作させる方法に関するものであり、請求項５を参照されたい。 Another aspect of the invention relates to a method of operating a sensor array, see claim 5.
本発明の第３の態様は、アンモニウム選択性電極に関するものであり、請求項９を参照されたい。 A third aspect of the invention relates to an ammonium selective electrode, see claim 9.
本発明の第４の態様は、尿素センサに関するものであり、請求項１０を参照されたい。 The fourth aspect of the present invention relates to a urea sensor, and refer to claim 10.
本発明の第５の態様は、リンス溶液の使用に関するものであり、請求項１１を参照されたい。 A fifth aspect of the invention relates to the use of a rinsing solution, see claim 11.
本発明は、生体由来のサンプル中の様々な種を測定するためのセンサアレイに取り付けられた複数回使用のセンサの分野に関する。係る種は、Ｈ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｌｉ＋、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、ＮＨ４ ＋等のイオン種、並びに尿素、グルコース、ラクテート、クレアチン、クレアチニン等の非イオン種の両方である。尿素は、一般に使用されかつ好ましいタイプの尿素センサにおいて、尿素はウレアーゼによってＮＨ４ ＋へと酵素的に分解され、次いでイオン選択性電極によって検出される、という意味で、その検出は間接的であることから、特別な例である。 The present invention relates to the field of multi-use sensors attached to a sensor array for measuring various species in biological samples. Such species are both ionic species such as H + , Na + , K + , Li + , Mg 2+ , Ca 2+ , NH 4 + and non-ionic species such as urea, glucose, lactate, creatine, creatinine. In a commonly used and preferred type of urea sensor, urea is enzymatically degraded by urease to NH 4 + and then detected by an ion selective electrode, so that detection is indirect. This is a special example.
本明細書で使用される場合、用語「複数回使用のセンサアレイ」は、長期間にわたって、典型的には多くの日、週、又は月にわたって分析器に取り付けられ、分析のために数回使用されるセンサアレイを意味することを意図している。センサアレイの寿命の間、センサアレイはリンス溶液で断続的に洗浄され、較正スケジュールに従って、分析対象のイオン及び分子を異なる濃度で含有する較正溶液で洗い流す。これにより、正確な較正機能の判定が可能になる。 As used herein, the term “multiple-use sensor array” is attached to an analyzer over a long period of time, typically many days, weeks, or months, and is used several times for analysis. Intended to mean a sensor array. During the lifetime of the sensor array, the sensor array is intermittently washed with a rinsing solution and flushed with a calibration solution containing different concentrations of ions and molecules to be analyzed according to a calibration schedule. Thereby, an accurate calibration function can be determined.
用語「イオノフォア」は、本明細書では、単純なイオンを結合することができる分子を指し、その結合は、ある特定の顕著な特徴を有する、すなわち１）イオノフォア−イオン複合体は、空のイオノフォアと、イオンへと容易に解離でき、２）複合体は、ある特定のイオノフォアがある特定のイオンと複合体を形成するように、選択的に形成され、３）その複合体は、マトリックス中において移動性であり、その中で溶解される。しばしば、イオノフォアは、標的イオンに対していくつかの結合を形成することができる分子ケージ又は多座配位性分子である。これは、特異性及び結合強度の両方を高める。 The term “ionophore” as used herein refers to a molecule capable of binding a simple ion, the bond having certain prominent characteristics: 1) an ionophore-ion complex is an empty ionophore. 2) The complex is selectively formed such that a particular ionophore forms a complex with a particular ion, and 3) the complex is formed in the matrix It is mobile and dissolves in it. Often ionophores are molecular cages or multidentate molecules that can form several bonds to a target ion. This increases both specificity and binding strength.
イオノフォアの例としては、バリノマイシン、４−ｔｅｒｔ−ブチルカリックス［４］−アレーン−テトラ酢酸テトラエチルエステル（一般的にはナトリウムイオノフォアＸとして知られている）、ノナクチン、クラウンエーテル、カリックスアレーン、トリアルキルアミン、及びリン酸エステルが挙げられる。 Examples of ionophores include valinomycin, 4-tert-butylcalix [4] -arene-tetraacetic acid tetraethyl ester (commonly known as sodium ionophore X), nonactin, crown ether, calixarene, trialkylamine. , And phosphate esters.
アンモニウム選択性イオノフォアの実例は、生物学的に誘導された物質であるノナクチン（一般にアンモニウムイオノフォアＩとして知られている）である。他の例としては、合成により誘導されたアンモニウムイオノフォア、例えば、国際公開第０３／０５７６４９号、又はＫｉｍ ｅｔ ａｌ．，”Ｔｈｉａｚｏｌｅ−Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｂｅｎｚｏ−Ｃｒｏｗｎ Ｅｔｈｅｒｓ：Ａ Ｎｅｗ Ｃｌａｓｓ ｏｆ Ａｍｍｏｎｉｕｍ−Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｉｏｎｏｐｈｏｒｅｓ”（Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，２０００，７２（１９），ｐｐ４６８３−４６８８）に記載されているものが挙げられる。 An example of an ammonium-selective ionophore is nonactin (commonly known as ammonium ionophore I), a biologically derived material. Other examples include synthetically derived ammonium ionophores, such as WO 03/057649, or Kim et al. , "Thiazole-Containing Benzo-Crown Ethers: A New Class of Ammonium-Selective Ionophores" (Anal. Chem., 2000, 72 (19), pp 4683-4688).
カリウム選択性イオノフォアの実例は、バリノマイシン、ビス［（ベンゾ−１５−クラウン−４）−４′−イルメチル］ピメレート（一般にカリウムイオノフォアＩＩとして知られている）、及び２−ドデシル−２−メチル−１，３−プロパンジ−イル−ビス［Ｎ−（５′−ニトロ（ベンゾ−１５−クラウン−５）（一般にＢＭＥ４４として知られている）である。 Illustrative examples of potassium selective ionophores are valinomycin, bis [(benzo-15-crown-4) -4'-ylmethyl] pimelate (commonly known as potassium ionophore II), and 2-dodecyl-2-methyl-1 , 3-propanedi-yl-bis [N- (5'-nitro (benzo-15-crown-5) (commonly known as BME44).
ナトリウム選択性イオノフォアの実例は、４−ｔｅｒｔ−ブチルカリックス［４］アレーン−テトラ酢酸テトラエチルエステル（一般にナトリウムイオノフォアＸとして知られている）、メトキシエチルテトラエステルカリックス［４］アレーン（一般にＭＥＴＥとして知られている）、及びモネンシンの誘導体である。 Examples of sodium selective ionophores are 4-tert-butylcalix [4] arene-tetraacetic acid tetraethyl ester (commonly known as sodium ionophore X), methoxyethyl tetraester calix [4] arene (commonly known as METE). And derivatives of monensin.
リチウム選択性イオノフォアの実例は、Ｎ、Ｎ′−ジヘプチル−Ｎ，Ｎ′，５，５−テトラメチル−３，７−ジオキサノノアンジアミド（一般にリチウムイオノフォアＩとして知られている）である。 An example of a lithium-selective ionophore is N, N'-diheptyl-N, N ', 5,5-tetramethyl-3,7-dioxanoanodiamide (commonly known as lithium ionophore I).
マグネシウム選択性イオノフォアの実例は、Ｎ、Ｎ″−オクタメチレンビス（Ｎ′−ヘプチル−Ｎ′−メチルマロンアミド（一般にマグネシウムイオノフォアＩＩＩ又はＥＴＨ ４０３０として知られている）である。 An example of a magnesium selective ionophore is N, N ″ -octamethylenebis (N′-heptyl-N′-methylmalonamide (commonly known as magnesium ionophore III or ETH 4030).
複数回使用のセンサアレイ
上記したように、本発明は、とりわけ、測定チャンバ中に配置された複数回使用のセンサアレイを提供し、当該センサアレイは、第１のイオン選択性電極を含む２つ以上の異なるイオン選択性電極を備え、当該第１のイオン選択性電極は、（ａ）第１のイオノフォア及び（ｂ）少なくとも１つの更なるイオノフォアを含む膜を含み、当該第１のイオノフォアは、第１のイオン選択性電極以外のセンサアレイにおける任意のイオン選択性電極中に存在しない。
Multi-use sensor array As noted above, the present invention provides, inter alia, a multi-use sensor array disposed in a measurement chamber, the sensor array comprising two first ion-selective electrodes. Comprising the above different ion-selective electrodes, wherein the first ion-selective electrode comprises (a) a first ionophore and (b) a membrane comprising at least one further ionophore, the first ionophore comprising: It is not present in any ion selective electrode in the sensor array other than the first ion selective electrode.
用語「センサアレイ」は、本明細書では、流体サンプルの対応する検体が実質的に同時にセンサによって測定され得るように配置されている２つ以上の異なるセンサの集合体を指すことを意図している。 The term “sensor array” is intended herein to refer to a collection of two or more different sensors arranged such that corresponding analytes of a fluid sample can be measured by the sensors at substantially the same time. Yes.
センサアレイ（すなわち、単一センサのアレイ）は、例えば、米国特許第８，７２８，２８８（Ｂ２）号に記載されているように、確実に各センサが実質的に同時にサンプルに曝されるために、測定チャンバセル構造中に配置される。 A sensor array (ie, an array of single sensors) ensures that each sensor is exposed to the sample substantially simultaneously, as described, for example, in US Pat. No. 8,728,288 (B2). In the measurement chamber cell structure.
センサアレイは、２つ以上の異なるイオン選択性電極を備えている。好ましくは、センサアレイは、少なくとも３つ、例えば少なくとも４つ、又は少なくとも５つの異なるイオン選択性電極を備える。 The sensor array comprises two or more different ion selective electrodes. Preferably, the sensor array comprises at least 3, for example at least 4 or at least 5 different ion selective electrodes.
第１のイオン選択性電極は、典型的には、アンモニウム選択性電極から選択される。 The first ion selective electrode is typically selected from ammonium selective electrodes.
第１のイオン選択性電極以外のセンサアレイ中のイオン選択性電極としては、典型的には、少なくともナトリウム選択性電極及びカリウム選択性電極が挙げられる。 The ion selective electrodes in the sensor array other than the first ion selective electrode typically include at least a sodium selective electrode and a potassium selective electrode.
いくつかの興味深い実施形態では、第１のイオン選択性電極以外のセンサアレイ中のイオン選択性電極としては、典型的には、少なくともナトリウム選択性電極、カリウム選択性電極、及びカルシウム選択性電極が挙げられる。 In some interesting embodiments, the ion selective electrodes in the sensor array other than the first ion selective electrode typically include at least a sodium selective electrode, a potassium selective electrode, and a calcium selective electrode. Can be mentioned.
いくつかの興味深い実施形態では、センサアレイはまた、他の非イオン種、例えばグルコース、ラクテート、クレアチン、及びクレアチニンから選択される１種以上の非イオン種のためのセンサも含む。 In some interesting embodiments, the sensor array also includes sensors for one or more nonionic species selected from other nonionic species such as glucose, lactate, creatine, and creatinine.
更に、センサアレイは、典型的には参照電極も含む。 In addition, the sensor array typically also includes a reference electrode.
実施形態
センサアレイの１つの興味深い実施形態では、第１のイオン選択性電極は、アンモニウム選択性電極、リチウム選択性電極、及びマグネシウム選択性電極から選択される。特に、第１のイオン選択性電極は、アンモニウム選択性電極である。
Embodiments In one interesting embodiment of the sensor array, the first ion selective electrode is selected from an ammonium selective electrode, a lithium selective electrode, and a magnesium selective electrode. In particular, the first ion selective electrode is an ammonium selective electrode.
本発明の重要な変形例では、アンモニウム選択性電極は、尿素センサの一部を形成し、この実施形態によれば、尿素センサは、上に酵素層を有するアンモニウム選択性電極を備える。当該酵素層は、尿素をアンモニウムへと転化することができるウレアーゼ酵素を含み、アンモニウムは、最終的には、下にあるアンモニウム選択性電極によって検出される。 In an important variant of the invention, the ammonium selective electrode forms part of a urea sensor, and according to this embodiment, the urea sensor comprises an ammonium selective electrode with an enzyme layer thereon. The enzyme layer contains a urease enzyme that can convert urea to ammonium, which is ultimately detected by an underlying ammonium selective electrode.
アンモニウム選択性電極の１つの重要な変形例（例えば、尿素センサの一部であるとして）は、その膜が、ポリマーと、（ａ）アンモニウム選択性イオノフォア、及び（ｂ）カルシウム選択性イオノフォア、カリウム選択性イオノフォア、及びナトリウム選択性イオノフォアから選択される更なるイオン選択性イオノフォアである２種のイオノフォアと、を含むものである。 One important variation of an ammonium selective electrode (eg, as part of a urea sensor) is that the membrane comprises a polymer, (a) an ammonium selective ionophore, and (b) a calcium selective ionophore, potassium. And two ionophores that are further ion-selective ionophores selected from sodium-selective ionophores.
アンモニウム選択性電極の更なる特徴は、「アンモニウム選択性電極」という項目において更に以下で記載されるものである。 Further features of the ammonium selective electrode are described further below in the section “Ammonium selective electrode”.
尿素センサの更なる特徴は、「尿素センサ」という項目において更に以下で記載されるものである。 Further features of the urea sensor are described further below in the section “Urea sensor”.
センサアレイを動作させる方法
本発明はまた、上で定義したセンサアレイを動作させる方法も提供し、その方法は、
ｉ．センサアレイを１種以上のリンス溶液及び、任意選択で１種以上の較正溶液と順に接触させるステップであって、当該リンス溶液のそれぞれは当該第１のイオノフォアが選択する傾向があるイオンを実質的に欠いている、ステップと、
ｉｉ．続いてそのセンサアレイを生体由来のサンプルと接触させるステップと、を含む。
The present invention also provides a method of operating a sensor array as defined above, the method comprising:
i. Sequentially contacting the sensor array with one or more rinsing solutions and optionally one or more calibration solutions, each of the rinsing solutions substantially comprising ions that the first ionophore tends to select. The steps that are lacking in
ii. And subsequently contacting the sensor array with a sample derived from a living body.
本明細書で使用されるとき、例えば、リンス溶液に関して、「実質的に欠いている」という用語は、各構成成分（複数可）の含有量が１．０×１０−６Ｍ未満であることを意味することを意図している。好ましくは、各構成成分（複数可）の含有量は、１０×１０−６Ｍ未満、例えば１．０×１０−９Ｍ未満である。 As used herein, for example, with respect to a rinsing solution, the term “substantially lacking” means that the content of each component (s) is less than 1.0 × 10 −6 M Is meant to mean Preferably, the content of each component (s) is less than 10 × 10 −6 M, for example less than 1.0 × 10 −9 M.
本明細書で使用されるとき、用語「生体由来のサンプル」は、生理学的液体から採取された液体サンプルを意味することを意図している。その実例は、血液（例えば全血、血漿、血清、血液分画等）、尿、透析液、及び胸膜のようなものである。 As used herein, the term “biological sample” is intended to mean a liquid sample taken from a physiological fluid. Examples are blood (eg, whole blood, plasma, serum, blood fractions, etc.), urine, dialysate, and pleura.
通常の使用では、アイドル状態（idle state）にあり、測定を行う準備ができているとき、センサアレイは常にリンス溶液に浸される。典型的には、最適な性能のために、リンス溶液の組成は、逸脱条件が適用されないとき、例えば、低酸素症（超低酸素濃度（too low oxygen concentration））、高ナトリウム血症（超高ナトリウム濃度（too high sodium concentration））、又は提供患者が病気である場合に適用され得るあらゆる他の非標準状態等の逸脱条件が適用されないときには、生体由来のサンプルの組成に近くなるように選択される。サンプル、例えば全血サンプルを導入されるときは、残留しているリンス溶液は、好ましくは少量の気体（例えば純粋な空気又は酸素）を導入することによってセンサアレイから迅速に洗い流し、次いでサンプルをセンサアレイの前側に移動させる。そのとき、サンプルは、測定されるべき物質のいずれかの濃度よりも高い濃度又は低い濃度を有し得る。リンスレベルが正常未満である場合には、リンスレベルから上方に移動するか又は下方に移動するかのいずれかのセンサシグナルを想定することができる。これは、リンス溶液が１点較正と呼ばれる理由についても説明しており、その理由は、サンプル測定状態において、リンスとサンプルとの差分値が、例えばＮｅｒｎｓｔ較正関数の使用によって説明されるように、その後の計算に入力する一次結果を形成するからである。この差分値を取得したら、サンプルも移動し、測定チャンバをリンス溶液で洗い流して次の測定のためにセンサアレイを回復させる。 In normal use, the sensor array is always immersed in a rinsing solution when in the idle state and ready to take measurements. Typically, for optimum performance, the composition of the rinse solution can be adjusted, such as hypoxia (too low oxygen concentration), hypernatremia (ultra-high), when deviation conditions are not applied. Selected to be close to the composition of a sample from a living organism when deviation conditions such as sodium concentration (too high sodium concentration) or any other non-standard condition that may be applied if the donor patient is sick The When a sample, such as a whole blood sample, is introduced, the remaining rinse solution is preferably quickly flushed from the sensor array by introducing a small amount of gas (eg, pure air or oxygen), and then the sample is Move to the front of the array. The sample can then have a higher or lower concentration than any concentration of the substance to be measured. If the rinse level is below normal, a sensor signal that either moves up or down from the rinse level can be assumed. This also explains why the rinse solution is called a one-point calibration because, in the sample measurement state, the difference value between the rinse and the sample is explained, for example, by using the Nernst calibration function, This is because a primary result to be input to subsequent calculations is formed. Once this difference value is obtained, the sample is also moved and the measurement chamber is flushed with rinse solution to restore the sensor array for the next measurement.
センサアレイの第１のイオン選択性電極がアンモニウム選択性電極であり、このようなアンモニウム選択性電極が尿素センサの一部である場合、リンス溶液は好ましくはアンモニウムイオン並びに尿素を欠いている。 If the first ion selective electrode of the sensor array is an ammonium selective electrode and such an ammonium selective electrode is part of the urea sensor, the rinse solution preferably lacks ammonium ions as well as urea.
更に、センサアレイを典型的に動作させる方法にとっては、リンス溶液とサンプルとの切り替えが、センサシグナルに影響を及ぼすことが理解できる。イオン選択性電極に関しては、いくつかのイオンが、センサ膜の最外層中に吸収されている場合があり、リンス溶液へと逆に拡散するのにある程度の時間を要する。特に、アンモニウム選択性電極に関しては、尿素センサの酵素層において発生されたアンモニウムイオンを測定するために使用する際には、特別な状態が生じる。ウレアーゼの作用によって尿素がアンモニウムイオンとアンモニアに転化されるとき、特にアンモニアがアンモニウム選択性電極の膜に吸収されることがある。測定後にリンスを行ってサンプルを切り替えると同時に、いくらかのアンモニアが膜に残り、ゆっくりとしか放出されない可能性がある。それが放出されると直ちにアンモニウムイオンへと逆に転化され、次いで、アンモニウムがリンス溶液に添加されたかのようにシグナルに影響を及ぼす。ここで示唆されているような第１及び第２のイオノフォアの存在効果は、この長引くアンモニウム放出の有害な影響を低下させることにある。 Furthermore, it can be seen that for methods that typically operate sensor arrays, switching between rinse solution and sample affects the sensor signal. With respect to the ion selective electrode, some ions may be absorbed in the outermost layer of the sensor membrane and take some time to diffuse back into the rinse solution. In particular, with respect to ammonium-selective electrodes, special conditions arise when used to measure ammonium ions generated in the enzyme layer of a urea sensor. When urea is converted to ammonium ions and ammonia by the action of urease, in particular ammonia may be absorbed by the membrane of the ammonium selective electrode. At the same time that the sample is switched by rinsing after the measurement, some ammonia may remain on the membrane and only be released slowly. As soon as it is released, it is converted back to ammonium ions and then affects the signal as if ammonium had been added to the rinse solution. The presence effect of the first and second ionophores as suggested here is to reduce the deleterious effects of this prolonged ammonium release.
上記のステップｉ及びｉｉは、測定及びアイドル状態の回復を行うのに必要な多くのサイクルで繰り返される。 Steps i and ii above are repeated for as many cycles as necessary to perform measurement and idle recovery.
したがって、本発明の方法は、センサから外部へ拡散する時間を必要とする残留するイオン又は分子に由来する有害な影響が低減されることから、明らかに測定サイクル時間をはるかに短くすることが可能である。典型的には、本明細書に記載の複数回使用のセンサアレイを用いるときのサンプリングサイクル時間（sampling cycle time）は、５〜１２０秒であり、例えば１０〜９０秒であり、例えば１５〜６０秒、又は更に１５〜３０秒である。 Thus, the method of the present invention can clearly shorten the measurement cycle time significantly, since harmful effects from residual ions or molecules that require time to diffuse out of the sensor are reduced. It is. Typically, the sampling cycle time when using the multi-use sensor array described herein is 5 to 120 seconds, such as 10 to 90 seconds, such as 15 to 60. Seconds, or even 15-30 seconds.
本発明方法のいくつかの好ましい実施形態では、第１のイオン選択性電極（他のイオン選択性電極は第１の電極ではない）は、特に「複数回使用のセンサアレイ」−「実施形態」の項目の下に記載されている本明細書に記載のものである。 In some preferred embodiments of the method of the present invention, the first ion-selective electrode (other ion-selective electrodes are not the first electrode) is specifically “multiple-use sensor array” — “embodiment”. It is what is described in this specification described under the item.
測定チャンバ中に配置された複数回使用のセンサアレイであって、当該センサアレイは、第１のイオン選択性電極及び第２のイオン選択性電極を含む２つ以上の異なるイオン選択性電極を備え、当該第１のイオン選択性電極は、（ａ）第１のイオノフォア及び（ｂ）少なくとも第２のイオノフォアを備える膜を含み、当該第２のイオン選択性電極は、第２のイオノフォアを備える膜を含み、当該第１のイオノフォアは、第１のイオン選択性電極中以外には、センサアレイ中のいかなるイオン選択性電極中にも存在しない。 A multi-use sensor array disposed in a measurement chamber, the sensor array comprising two or more different ion selective electrodes including a first ion selective electrode and a second ion selective electrode. The first ion-selective electrode includes a membrane comprising (a) a first ionophore and (b) at least a second ionophore, and the second ion-selective electrode comprises a membrane comprising a second ionophore. And the first ionophore is not present in any ion selective electrode in the sensor array other than in the first ion selective electrode.
また標準的な動作では、（ａ）第１のイオノフォア及び（ｂ）第２のイオノフォア（及び可能であれば好ましくはないが、更なるイオノフォア）を含む第１のイオン選択性電極と、第２のイオノフォア（第１のイオノフォアではない）を含む第２のイオン選択性電極とが以下のように使用され、すなわち、第１のイオン選択性電極における２種のイオノフォアの存在により、第１のイオノフォアと第２のイオノフォアの両方の一次イオンに対して全体的に感受性を有するようになった。驚くべきことに、その応答は、二次イオンを考慮することができるＮｉｃｈｏｌｓｋｉ−Ｅｉｓｅｎｍａｎｎの項を含むＮｅｒｎｓｔ式に極めて厳密に従う。反対に、第２のイオン選択性電極は、第２のイオノフォアの一次イオンにのみ応答し、そのイオン選択性電極の較正機能の定期的な使用により、そのイオンの濃度を独立に測定することができる。最終的に、第１のイオン選択性電極の一次イオンの濃度は、今説明した二次イオンの濃度を差し引くことによって得ることができる。二次イオンに対する第１のイオン選択性電極の選択性を、第２のイオノフォアを添加することによって意図的に上昇させたため、それにより、差し引くことによって一次イオンの濃度を測定することができる。 Also, in standard operation, a first ion-selective electrode comprising (a) a first ionophore and (b) a second ionophore (and, if not preferred, a further ionophore, if possible); And a second ion-selective electrode comprising the ionophore (not the first ionophore) is used as follows: the presence of the two ionophores in the first ion-selective electrode causes the first ionophore to And the second ionophore became globally sensitive to primary ions. Surprisingly, the response very closely follows the Nernst equation involving the Nicholski-Eisenmann term that can account for secondary ions. In contrast, the second ion selective electrode responds only to the primary ions of the second ionophore, and the periodic use of the calibration function of the ion selective electrode can independently measure the concentration of that ion. it can. Finally, the primary ion concentration of the first ion selective electrode can be obtained by subtracting the secondary ion concentration just described. Since the selectivity of the first ion selective electrode relative to the secondary ions was intentionally increased by adding a second ionophore, the concentration of the primary ions can then be measured by subtraction.
イオン選択性電極
イオン選択性電極は、典型的には、導電性材料の電極層を支持する電気絶縁材料の基材上に設けられ、その上に、イオン選択性電極のイオン選択性膜が配置される、平面電極デバイスである。
Ion-selective electrode An ion-selective electrode is typically provided on a base of electrically insulating material that supports an electrode layer of conductive material, on which an ion-selective membrane of an ion-selective electrode is placed. Is a planar electrode device.
基材は、所望の任意の形状で提案することができ、典型的には、他のイオン選択性電極（第２のイオン選択性電極を含む）及びセンサ（例えば酵素センサ）のための支持体も構成し、それによってセンサアレイのための共通基材を構成する。 The substrate can be proposed in any desired shape and is typically a support for other ion-selective electrodes (including a second ion-selective electrode) and sensors (eg, enzyme sensors). Also constitutes a common substrate for the sensor array.
その支持体は、任意の適切な電気絶縁材料で作製することができる。しかしながら、それが準備されかつ使用される条件に耐えることができなければならない。基材は、通常は、セラミック材料又はポリマー材料を含む。セラミック基材は、熱的、機械的、及び化学的に安定であるという利点を有する。セラミック基材がポリマー膜と組み合わせて使用される場合、膜が接着材料に接着し、その接着材料が基材に接着するように、接着材料を使用する必要があり得る。一例が、米国特許第５，８４４，２００号に開示されている。酸化アルミニウム及び苦土カンラン石は、基材として適切なセラミック材料である。ポリマー基材は、使用するのにより経済的であり、セラミック基材の場合よりも、ポリマー膜と基材との間により良好な接着をもたらすことができる。支持体として適切であり得るポリマー材料の中では、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリイミド（Ｋａｐｔｏｎ（登録商標））、ポリ（メチルメタクリレート）、及びポリスチレンを挙げることができる。 The support can be made of any suitable electrically insulating material. However, it must be able to withstand the conditions in which it is prepared and used. The substrate typically comprises a ceramic material or a polymer material. Ceramic substrates have the advantage of being thermally, mechanically and chemically stable. When a ceramic substrate is used in combination with a polymer film, it may be necessary to use an adhesive material so that the film adheres to the adhesive material and the adhesive material adheres to the substrate. An example is disclosed in US Pat. No. 5,844,200. Aluminum oxide and mafic olivine are suitable ceramic materials as substrates. Polymer substrates are more economical to use and can provide better adhesion between the polymer film and the substrate than with ceramic substrates. Among the polymeric materials that may be suitable as a support, mention may be made of polyvinyl chloride, polyester, polyimide (Kapton®), poly (methyl methacrylate), and polystyrene.
導電性材料は、典型的には、１種以上の貴金属、例えば、金、パラジウム、白金、ロジウム、若しくはイリジウム、好ましくは金若しくは白金、又はそれらの混合物から作製されるか、又は含む。他の適切な導電性材料は、黒鉛又は鉄、ニッケル又はステンレス鋼である。導電性材料は、例えば、イオン選択性電極の調製及び使用の両方に関して、導電性材料の特性に有利な効果を有するバインダー系等の別の成分と混合することができる。導電性材料は、ブロンズ材料、例えばＮａ０．３３Ｖ２Ｏ５ブロンズ、例えば米国特許第６，８０５，７８１号に開示されているタイプのブロンズを更に含むことができる。このようなブロンズ材料は、典型的には、貴金属の導電性材料を包含する。 The conductive material is typically made from or includes one or more precious metals, such as gold, palladium, platinum, rhodium, or iridium, preferably gold or platinum, or mixtures thereof. Other suitable conductive materials are graphite or iron, nickel or stainless steel. The conductive material can be mixed with another component such as a binder system that has an advantageous effect on the properties of the conductive material, for example, both for the preparation and use of the ion selective electrode. The conductive material may further comprise a bronze material, such as Na 0.33 V 2 O 5 bronze, for example the bronze of the type disclosed in US Pat. No. 6,805,781. Such bronze materials typically include noble metal conductive materials.
イオン選択性電極は、１種以上のイオノフォア（上で特定した）、ポリマー、任意選択で可塑剤、及び任意選択で親油性塩を含む膜を更に含む。その膜は、導電性材料を被覆している。膜に適切なポリマー材料は、例えば、ポリビニルクロリド、ポリメタクリレート、ポリアクリレート、シリコーン、ポリエステル、又はポリウレタン、又はそれらの混合物、例えば、様々な量のポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコールと共にカルボキシル化されたポリビニルクロリン及びポリウレタンである。適切な可塑剤の中では、ジオクチル−アジペート、２−ニトロフェニルオクチルエーテル、ジオクチルセバケート、ジオクチルフタレートを挙げることができる。親油性塩の実例は、カリウムテトラキス（４−クロロフェニル）ボレート、テトラドデシルアンモニウムテトラキス（４−クロロフェニル）ボレート、及びカリウムテトラキス［３，５−ビス（トリフルオロメチル）フェニル］ボレートである。 The ion selective electrode further comprises a membrane comprising one or more ionophores (identified above), a polymer, optionally a plasticizer, and optionally a lipophilic salt. The film covers a conductive material. Suitable polymeric materials for the membrane are, for example, polyvinyl chloride, polymethacrylate, polyacrylate, silicone, polyester, or polyurethane, or mixtures thereof, such as polyvinyl chlorin carboxylated with various amounts of polyethylene glycol and polypropylene glycol and Polyurethane. Among suitable plasticizers, mention may be made of dioctyl-adipate, 2-nitrophenyl octyl ether, dioctyl sebacate, dioctyl phthalate. Illustrative of lipophilic salts are potassium tetrakis (4-chlorophenyl) borate, tetradodecylammonium tetrakis (4-chlorophenyl) borate, and potassium tetrakis [3,5-bis (trifluoromethyl) phenyl] borate.
イオン選択性電極は、典型的には、厚膜プリンティング（thick−film printing）、ドロップキャスティング、スプレーコーティング、又はスピンコーティング等の小型化に適する方法によって調製される。イオン選択性電極の好ましい実施形態は、厚膜プリンティングによって少なくとも部分的に調製された平坦で小型化された電極である。このようなイオン選択性電極の有利な特性としては、それらが極めて少量のサンプル体積しか必要としないこと、また、その調製方法がイオン選択性電極並びにセンサアレイの大量生産に適していることである。所望ならば、厚膜プリンティングによって導電性材料のみを適用し、その後、イオン選択性材料膜を適用する。 Ion selective electrodes are typically prepared by methods suitable for miniaturization, such as thick-film printing, drop casting, spray coating, or spin coating. A preferred embodiment of the ion selective electrode is a flat, miniaturized electrode prepared at least in part by thick film printing. The advantageous properties of such ion selective electrodes are that they require very small sample volumes and that the preparation method is suitable for mass production of ion selective electrodes as well as sensor arrays. . If desired, only conductive material is applied by thick film printing, followed by ion selective material film.
アンモニウム選択性電極
本発明は、膜を含むアンモニウム選択性電極を更に提供し、その膜は、ポリマーと、（ａ）アンモニウム選択性イオノフォア、及び（ｂ）カルシウム選択性イオノフォア、カリウム選択性イオノフォア、及びナトリウム選択性イオノフォアから選択される更なるイオン選択性イオノフォアである２種のイオノフォアと、を含む。
Ammonium Selective Electrode The present invention further provides an ammonium selective electrode comprising a membrane, the membrane comprising: (a) an ammonium selective ionophore; and (b) a calcium selective ionophore, a potassium selective ionophore, and Two ionophores that are further ion selective ionophores selected from sodium selective ionophores.
アンモニウム選択性電極は、導電性材料の電極層を支持する電気絶縁材料の基材を含む。基材及び電極層は、その上に配設されたアンモニウム選択性イオノフォア含有ポリマー膜を有する。アンモニウム選択性電極の構造に関する原理は、実施例１に記載されているようなものであり得る。 The ammonium selective electrode includes a substrate of electrically insulating material that supports an electrode layer of conductive material. The substrate and electrode layer have an ammonium selective ionophore-containing polymer membrane disposed thereon. The principle regarding the structure of the ammonium selective electrode can be as described in Example 1.
１つの重要な変形例では、アンモニウム選択性イオノフォアはノナクチンであり、更なるイオン選択性イオノフォアはカリウム選択性イオノフォアであり、特にバリノマイシンである。 In one important variant, the ammonium selective ionophore is nonactin and the further ion selective ionophore is a potassium selective ionophore, in particular valinomycin.
本発明の重要な変形例では、アンモニウム選択性電極は、尿素センサの一部である（「尿素センサ」の項を更に参照されたい）。 In an important variant of the invention, the ammonium selective electrode is part of a urea sensor (see further in the section “Urea sensor”).
リチウム選択性電極
本発明は、膜を含むリチウム選択性電極を更に提供し、その膜は、ポリマーと、（ａ）リチウム選択性イオノフォア、及び（ｂ）カルシウム選択性イオノフォア、カリウム選択性イオノフォア、及びナトリウム選択性イオノフォアから選択される更なるイオン選択性イオノフォアである２種のイオノフォアと、を含む。
Lithium selective electrode The present invention further provides a lithium selective electrode comprising a membrane, the membrane comprising: (a) a lithium selective ionophore; and (b) a calcium selective ionophore, a potassium selective ionophore, and Two ionophores that are further ion selective ionophores selected from sodium selective ionophores.
リチウム選択性電極に関する構造及び選択（preference）は、本質的には、上記のイオン選択性電極について一般に記載されたものに従うが、例えばＮ、Ｎ′−ジヘプチル−Ｎ，Ｎ′，５，５−テトラメチル−３，７−ジオキサノノアンジアミド（一般にリチウムイオノフォアＩとして知られている）等のリチウム選択性イオノフォアを使用する。 The structure and preferences for lithium-selective electrodes essentially follow those described generally for ion-selective electrodes above, but for example N, N'-diheptyl-N, N ', 5,5- A lithium selective ionophore such as tetramethyl-3,7-dioxanonoandiamide (commonly known as lithium ionophore I) is used.
マグネシウム選択性電極
本発明は、膜を含むマグネシウム選択性電極を更に提供し、その膜は、ポリマーと、（ａ）マグネシウム選択性イオノフォア、及び（ｂ）カルシウム選択性イオノフォア、カリウム選択性イオノフォア、及びナトリウム選択性イオノフォアから選択される更なるイオン選択性イオノフォアである２種のイオノフォアと、を含む。
Magnesium Selective Electrode The present invention further provides a magnesium selective electrode comprising a membrane, the membrane comprising: (a) a magnesium selective ionophore; and (b) a calcium selective ionophore, a potassium selective ionophore, and Two ionophores that are further ion selective ionophores selected from sodium selective ionophores.
マグネシウム選択性電極に関する構造及び選択は、本質的には、上記のイオン選択性電極について一般に記載されたものに従うが、Ｎ、Ｎ″−オクタメチレンビス（Ｎ′−ヘプチル−Ｎ′−メチルマロンアミド（一般にマグネシウムイオノフォアＩＩＩ又はＥＴＨ ４０３０として知られている）等のマグネシウム選択性イオノフォアを使用する。 The structure and selection for the magnesium-selective electrode follows essentially that described for the ion-selective electrode above, but N, N ″ -octamethylenebis (N′-heptyl-N′-methylmalonamide) A magnesium selective ionophore such as (commonly known as magnesium ionophore III or ETH 4030) is used.
尿素センサ
本発明は、上で定義したアンモニウム選択性電極を備える尿素センサを更に提供する（「アンモニウム選択性電極」の項を参照されたい）。
Urea sensor The present invention further provides a urea sensor comprising an ammonium selective electrode as defined above (see section "Ammonium selective electrode").
したがって、尿素センサは、
（ｉ）膜を含むアンモニウム選択性電極であって、その膜は、ポリマーと、（ａ）アンモニウム選択性イオノフォア、及び（ｂ）カルシウム選択性イオノフォア、カリウム選択性イオノフォア、及びナトリウム選択性イオノフォアから選択される更なるイオン選択性イオノフォアである２種のイオノフォアと、を含む、アンモニウム選択性電極と、
（ｉｉ）電極を被覆する酵素層であって、当該酵素層がポリマー及びウレアーゼを含む、酵素層と、
（ｉｉｉ）任意選択で酵素層を被覆する外層と、を含む。
Therefore, the urea sensor
(I) an ammonium selective electrode comprising a membrane, wherein the membrane is selected from a polymer, (a) an ammonium selective ionophore, and (b) a calcium selective ionophore, a potassium selective ionophore, and a sodium selective ionophore. Two ionophores that are further ion-selective ionophores, wherein the ammonium-selective electrode comprises:
(Ii) an enzyme layer covering the electrode, wherein the enzyme layer comprises a polymer and urease;
(Iii) optionally, an outer layer covering the enzyme layer.
酵素層は、典型的には、ウレアーゼ及びポリマー、例えば、様々な量のポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコールと共にカルボキシ化されたポリビニルクロリン又はポリウレタンを含有する。 The enzyme layer typically contains urease and polymers, such as polyvinyl chlorin or polyurethane carboxylated with varying amounts of polyethylene glycol and polypropylene glycol.
任意選択の外層は、様々な量のポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコールと共にポリウレタンを含有する。 The optional outer layer contains polyurethane with varying amounts of polyethylene glycol and polypropylene glycol.
尿素センサの構造に関する原理は、実施例１に記載されているようなものであり得る。 The principle relating to the structure of the urea sensor can be as described in Example 1.
リンス溶液の使用
サンプリングに続いて適用されるリンス溶液が測定可能な量のアンモニウム（及び／又は尿素）を含むアンモニウム選択性電極を（おそらくは尿素センサの一部として）備える従来の複数回使用のセンサアレイとは異なり、本発明のアンモニウム選択性電極の電極膜中に他のイオノフォア（複数可）を含有させると、リンス溶液におけるアンモニウム並びに尿素の使用を回避することができる。
Use of Rinse Solution Conventional multi-use sensor with an ammonium-selective electrode (possibly as part of a urea sensor) in which the rinse solution applied following sampling contains a measurable amount of ammonium (and / or urea) Unlike arrays, the inclusion of other ionophore (s) in the electrode membrane of the ammonium selective electrode of the present invention can avoid the use of ammonium and urea in the rinsing solution.
したがって、本発明は、尿素及びアンモニウムイオンを実質的に欠いている、アンモニウム選択性電極を含む２つ以上の異なるイオン選択性電極を備える複数回使用のセンサアレイのためのリンス溶液の使用を提供する。 Accordingly, the present invention provides the use of a rinsing solution for a multi-use sensor array comprising two or more different ion selective electrodes, including ammonium selective electrodes, substantially devoid of urea and ammonium ions. To do.
実施例１−アンモニウム選択性電極を含む尿素センサの構造
図１に示す本発明によるアンモニウム選択性電極デバイスは、米国特許第６，８０５，７８１号に記載されているように、平面小型化電極デバイスを特徴とすることができるタイプである。図示した電極デバイスは、ＰＶＣのポリマー支持体１上に設けられている。その支持体を貫通している直径０．０１ｍｍの孔にスルーホールプリンティングによる接点材料として白金ペースト２が充填されている。この充填は、支持体の一方の側にある金ペーストの下側接触面３と、支持体のもう一方の側にある金ペーストの上側接触面４との間に電気的接触を媒介する。白金ペーストの上側接触面４は、ナトリウムバナジウムブロンズペーストの参照系５と接触している。白金ペーストはブロンズペーストによって完全に被覆されている。参照系の上には、第１のイオノフォア及び少なくとも第２のイオノフォアを含むイオン選択性ＰＶＣ膜６が、参照系５を完全に被覆するように適用されている。ＰＶＣ膜の上には、ウレアーゼの酵素層７がある。電極デバイスの直径は約１．５ｍｍである。電極デバイスの使用中、下側接触面３は、通常の測定機器と、例えば外部導電体を介して、接続されている。
Example 1 Structure of Urea Sensor Containing Ammonium Selective Electrode An ammonium selective electrode device according to the present invention shown in FIG. 1 is a planar miniaturized electrode device as described in US Pat. No. 6,805,781. Is a type that can be characterized. The illustrated electrode device is provided on a polymer support 1 of PVC. A platinum paste 2 is filled as a contact material by through-hole printing in a hole having a diameter of 0.01 mm penetrating the support. This filling mediates electrical contact between the lower contact surface 3 of the gold paste on one side of the support and the upper contact surface 4 of the gold paste on the other side of the support. The upper contact surface 4 of the platinum paste is in contact with the reference system 5 of the sodium vanadium bronze paste. The platinum paste is completely covered with the bronze paste. Above the reference system, an ion selective PVC membrane 6 comprising a first ionophore and at least a second ionophore is applied to completely cover the reference system 5. On the PVC membrane is a urease enzyme layer 7. The diameter of the electrode device is about 1.5 mm. During use of the electrode device, the lower contact surface 3 is connected to a normal measuring instrument, for example, via an external conductor.
実施例２−試験のためのアンモニウム選択性電極
酵素層及び外層が存在していないことを除いて、実施例１の記載に従ってアンモニウム選択性電極を調製した。
Example 2-Ammonium-selective electrode for testing An ammonium-selective electrode was prepared as described in Example 1 except that the enzyme and outer layers were not present.
アンモニウム選択性膜６は、ＰＶＣのシクロヘキサノン中の溶液、ジオクチルセバケート等の可塑剤、カリウムテトラ（ｐ−クロロ−フェニルボレート）等の親油性塩、及びアンモニウム選択性イオノフォアノナクチンから調製した。この溶液には、バリノマイシンは添加しなかった（Ａ）。この溶液におけるバリノマイシンに関しては、この物質は、存在するノナクチンのモルパーセントとして、（Ｂ）２．６ｍｏｌ％のバリノマイシン、（Ｃ）５．２ｍｏｌ％のバリノマイシン、（Ｄ）１３ｍｏｌ％のバリノマイシン、及び（Ｅ）２６ｍｏｌ％のバリノマイシンの量で、シクロヘキサノン溶液に添加した。 Ammonium selective membrane 6 was prepared from a solution of PVC in cyclohexanone, a plasticizer such as dioctyl sebacate, a lipophilic salt such as potassium tetra (p-chloro-phenylborate), and an ammonium selective ionophore nonactin. No valinomycin was added to this solution (A). With respect to valinomycin in this solution, this material is expressed as (B) 2.6 mol% valinomycin, (C) 5.2 mol% valinomycin, (D) 13 mol% valinomycin, and (E ) An amount of 26 mol% valinomycin was added to the cyclohexanone solution.
リンス及び較正時における、膜に含まれたバリノマイシンを有していない（Ａ）アンモニウム選択性電極の応答を図２に示す。アンモニウムイオンの存在／非存在の影響は、リンス時に測定された電位に関して異なるレベルが記録される点に認められる。アンモニウムイオンがリンス溶液中に存在するとき（それぞれ１ｍＭ及び３ｍＭのＮＨ４ ＋）、センサはすべて同じレベルに達する。 The response of (A) ammonium selective electrode without valinomycin contained in the membrane during rinsing and calibration is shown in FIG. The effect of the presence / absence of ammonium ions is observed in that different levels are recorded for the potential measured during the rinse. When ammonium ions are present in the rinse solution (1 mM and 3 mM NH 4 + , respectively), the sensors all reach the same level.
リンス及び較正時における、膜に含まれたバリノマイシンを有する（Ｂ）〜（Ｅ）アンモニウム選択性電極の応答を図３に示す。左から右へと、膜中のバリノマイシンの濃度は増加する。同じ条件下で応答を調べるためにいくつかの電極を同時に保持することができる改良された分析器で電極を調べたが、電極それら自体は異なっていた。電極はすべて次のようにして較正した。最初に、アンモニウムイオンが存在していない較正溶液に電極を曝した。これによりベースライン電位を確立した。次に、リンス溶液をセンサの前側で洗い流して、アンモニウムイオン含有溶液の読取値を得た。リンス溶液は４ｍＭのＫ＋及び３ｍＭのＮＨ４ ＋を含有し、較正溶液も４ｍＭのＫ＋を含有していたがＮＨ４ ＋は含有していなかった。膜中のバリノマイシンのレベルによると、バリノマイシン濃度に応じて電極は異なる反応を示した。明確にするために、電位はすべて、リンス溶液の電位の共通値を示すようにシフトさせた。実際に、リンス電位と、較正溶液を含有するアンモニウムイオンについて得られた値との両方が、研究対象の電極間で異なっていた。 The response of the (B)-(E) ammonium selective electrode with valinomycin contained in the membrane during rinsing and calibration is shown in FIG. From left to right, the concentration of valinomycin in the membrane increases. The electrodes were examined with an improved analyzer that could hold several electrodes simultaneously to investigate the response under the same conditions, but the electrodes themselves were different. All electrodes were calibrated as follows. Initially, the electrode was exposed to a calibration solution in the absence of ammonium ions. This established a baseline potential. The rinse solution was then washed away on the front side of the sensor to obtain a reading of the ammonium ion containing solution. The rinse solution contained 4 mM K + and 3 mM NH 4 + and the calibration solution also contained 4 mM K + but no NH 4 + . Depending on the level of valinomycin in the membrane, the electrode responded differently depending on the valinomycin concentration. For clarity, all potentials were shifted to show a common value for the rinse solution potential. In fact, both the rinse potential and the value obtained for the ammonium ion containing the calibration solution differed between the electrodes studied.
実施例３−複数回使用のセンサアレイの動作
図４は、複数回使用のセンサアレイの動作に関するものであり、多用途センサアレイにおける尿素センサの電極応答を示す図である。複数回使用のセンサアレイの尿素センサは、実施例１に記載されているように製造され、バリノマイシン含有量は３０ｍｏｌ％であった。センサは、ウレアーゼ含有バイオセンサ膜で更に被覆して尿素に対して感受性をもたせた。センサアレイは、センシング能力（sensing capability）を提供する１つのセンサアレイと、較正及び測定を実行するための必要な溶液をすべて含有している１つの溶液パックと、を保持した改良血液ガス分析器に取り付けた。更に、その分析器は、溶液の流れを制御する一組のソフトウェアプログラムを備えている。尿素センサは、尿素含有溶液で較正されるが、リンス溶液には、この物質とアンモニウムイオンも欠けている。リンス溶液に曝されると、電極は、複数回使用のセンサアレイに統合された適切な参照電極に対して測定された電位を確立する。リンス電位のいくつかの読取値をコンピュータメモリに記憶させる。較正溶液（これら由来のシグナルは示されていない）及びサンプルを順に導入して、それぞれの電位値を得る。尿素濃度の３つの異なるレベル（１０ｍＭ、２０ｍＭ、及び４２ｍＭの尿素）に関するシグナルを図４に示す。各サンプルに関して、尿素の濃度は、登録及び保存されたリンス電位値及びサンプルから得られた電位値を考慮して計算する。差分シグナルは引き算によって得られ、一連のアルゴリズムを用いて尿素濃度を得る。
Example 3-Operation of Sensor Array for Multiple Uses FIG. 4 relates to the operation of a sensor array for multiple uses, and shows the electrode response of a urea sensor in a versatile sensor array. The urea sensor of the multi-use sensor array was manufactured as described in Example 1 and the valinomycin content was 30 mol%. The sensor was further coated with a urease-containing biosensor membrane to make it sensitive to urea. The sensor array is an improved blood gas analyzer having one sensor array providing sensing capability and one solution pack containing all the necessary solutions for performing calibration and measurement. Attached to. In addition, the analyzer includes a set of software programs that control the flow of the solution. Urea sensors are calibrated with urea-containing solutions, but the rinse solution is also devoid of this material and ammonium ions. When exposed to a rinsing solution, the electrode establishes a measured potential with respect to a suitable reference electrode integrated into a multi-use sensor array. Several readings of the rinse potential are stored in computer memory. Calibration solutions (signals from these are not shown) and samples are introduced in sequence to obtain the respective potential values. The signals for three different levels of urea concentration (10 mM, 20 mM, and 42 mM urea) are shown in FIG. For each sample, the urea concentration is calculated taking into account the registered and stored rinse potential values and the potential values obtained from the samples. The difference signal is obtained by subtraction and the urea concentration is obtained using a series of algorithms.
概論
本明細書及び特許請求の範囲は、イオノフォア、センサ、電極等について時に言及するが、本明細書で定義される生成物及び方法は、１つ、２つ、又はそれを超えるタイプの個々の構成成分又は要素を含み得ることを理解すべきである。２つ以上の異なる構成成分が存在する実施形態では、各構成成分の総量は、個々の構成成分に関して本明細書で定義された量に対応しているべきである。
General Description While this specification and claims sometimes refer to ionophores, sensors, electrodes, etc., the products and methods defined herein are individual, two, or more types of individual. It should be understood that a component or element may be included. In embodiments where there are two or more different components, the total amount of each component should correspond to the amounts defined herein for the individual components.
化合物（複数可）、イオノフォア（複数可）、電極（複数可）等の表現における「（複数可）」は、１つ、２つ、又はそれを超えるタイプの個々の構成成分又は要素が存在し得ることを示している。一方、「１」という表現が使用されるときは、それぞれの構成成分又は要素のうちの一（１）つだけが存在する。 “(S)” in the expression of compound (s), ionophore (s), electrode (s), etc. means that there is one, two, or more types of individual components or elements. Show you get. On the other hand, when the expression “1” is used, there is only one (1) of each component or element.
本明細書を通して、「含む、備える（comprise）」又はそのバリエーション「含む、備える（comprising）」若しくは「含む、備える（comprises）」等は、記載された要素、整数、若しくはステップ、又は要素、整数、若しくはステップの群を包含することを意味しているが、任意の他の要素、整数、若しくはステップ、又は要素、整数、若しくはステップの群の排除を意味していないことが理解されよう。 Throughout this specification, “comprises” or variations thereof “comprising” or “comprises” and the like refer to elements, integers or steps, or elements, integers, etc. Or a group of steps, but is not meant to imply the exclusion of any other element, integer or step or group of elements, integers or steps.
本発明の第５の態様は、リンス溶液の使用に関するものであり、請求項１１を参照されたい。
すなわち、本明細書は以下の発明の開示を包含する：
［１］測定チャンバ中に配置された複数回使用のセンサアレイであって、前記センサアレイは、第１のイオン選択性電極及び第２のイオン選択性電極を含む２つ以上の異なるイオン選択性電極を備え、前記第１のイオン選択性電極は、（ａ）第１のイオノフォア及び（ｂ）少なくとも第２のイオノフォアを備える膜を含み、前記第２のイオン選択性電極は、前記第２のイオノフォアを備える膜を含み、前記第１のイオノフォアは、前記第１のイオン選択性電極中以外には、前記センサアレイ中のいかなるイオン選択性電極中にも存在しない、複数回使用センサアレイ。
［２］前記第１のイオン選択性電極が、アンモニウム選択性電極、リチウム選択性電極、及びマグネシウム選択性電極から選択される、［１］に記載のセンサアレイ。
［３］前記第１のイオン選択性電極が、アンモニウム選択性電極、例えば尿素センサの一部であるアンモニウム選択性電極である、［２］に記載のセンサアレイ。
［４］前記アンモニウム選択性電極の膜が、ポリマーと、（ａ）アンモニウム選択性イオノフォア、及び（ｂ）カルシウム選択性イオノフォア、カリウム選択性イオノフォア、及びナトリウム選択性イオノフォアから選択される更なるイオン選択性イオノフォアである２種のイオノフォアと、を含む、［３］に記載のセンサアレイ。
［５］［１］〜［４］のいずれかに記載のセンサアレイを動作させる方法であって、
ｉ．前記センサアレイを１種以上のリンス溶液及び任意選択で１種以上の較正溶液と順に接触させるステップであって、前記リンス溶液のそれぞれは前記第１のイオノフォアが選択する傾向がある前記イオンを実質的に欠いている、ステップと、
ｉｉ．続いて前記センサアレイを生体由来のサンプルと接触させるステップと、を含む、方法。
［６］ステップｉ及びｉｉが、いくつかのサイクルで繰り返される［５］に記載の方法。
［７］前記サンプリングサイクル時間が、１５〜６０秒である、［６］に記載の方法。
［８］前記第１のイオン選択性電極が、［２］〜［４］のいずれかに記載のものである、［５］〜［７］のいずれかに記載の方法。
［９］膜を含むアンモニウム選択性電極であって、前記膜が、ポリマーと、アンモニウム選択性イオノフォア及びカリウム選択性イオノフォアである２種のイオノフォアと、を含む、アンモニウム選択性電極。
［１０］［９］に記載のアンモニウム選択性電極と、前記電極を被覆する酵素層とを備える尿素センサであって、前記酵素層は、ポリマー及びウレアーゼと、任意選択で前記酵素層を被覆する外層と、を含む、尿素センサ。
［１１］アンモニウム選択性電極を含む２つ以上の異なるイオン選択性電極を備える複数回使用のセンサアレイのためのリンス溶液の使用であって、前記リンス溶液が尿素及びアンモニウムイオンを実質的に欠いている、リンス溶液の使用。
A fifth aspect of the invention relates to the use of a rinsing solution, see claim 11.
That is, this specification includes the disclosure of the following invention:
[1] A multi-use sensor array disposed in a measurement chamber, wherein the sensor array includes two or more different ion selectivity comprising a first ion selective electrode and a second ion selective electrode. The first ion-selective electrode includes a membrane comprising (a) a first ionophore and (b) at least a second ionophore, and the second ion-selective electrode comprises the second ion-selective electrode. A multi-use sensor array comprising a membrane comprising an ionophore, wherein the first ionophore is not present in any ion selective electrode in the sensor array other than in the first ion selective electrode.
[2] The sensor array according to [1], wherein the first ion selective electrode is selected from an ammonium selective electrode, a lithium selective electrode, and a magnesium selective electrode.
[3] The sensor array according to [2], wherein the first ion selective electrode is an ammonium selective electrode, for example, an ammonium selective electrode that is a part of a urea sensor.
[4] Further ion selection wherein the membrane of the ammonium selective electrode is selected from a polymer and (a) an ammonium selective ionophore, and (b) a calcium selective ionophore, a potassium selective ionophore, and a sodium selective ionophore. The sensor array according to [3], including two ionophores that are sex ionophores.
[5] A method of operating the sensor array according to any one of [1] to [4],
i. Sequentially contacting the sensor array with one or more rinse solutions and optionally one or more calibration solutions, each of the rinse solutions substantially containing the ions that the first ionophore tends to select. Missing step, and
ii. Subsequently contacting the sensor array with a biological sample.
[6] The method according to [5], wherein steps i and ii are repeated in several cycles.
[7] The method according to [6], wherein the sampling cycle time is 15 to 60 seconds.
[8] The method according to any one of [5] to [7], wherein the first ion selective electrode is one according to any one of [2] to [4].
[9] An ammonium selective electrode comprising a membrane, wherein the membrane comprises a polymer and two ionophores that are an ammonium selective ionophore and a potassium selective ionophore.
[10] A urea sensor comprising the ammonium selective electrode according to [9] and an enzyme layer covering the electrode, wherein the enzyme layer covers the polymer and urease, and optionally the enzyme layer. A urea sensor including an outer layer.
[11] Use of a rinsing solution for a multi-use sensor array comprising two or more different ion selective electrodes including an ammonium selective electrode, wherein the rinsing solution is substantially devoid of urea and ammonium ions. Use of a rinse solution.
Claims (11)
ｉ．前記センサアレイを１種以上のリンス溶液及び任意選択で１種以上の較正溶液と順に接触させるステップであって、前記リンス溶液のそれぞれは前記第１のイオノフォアが選択する傾向がある前記イオンを実質的に欠いている、ステップと、
ｉｉ．続いて前記センサアレイを生体由来のサンプルと接触させるステップと、を含む、方法。 A method for operating a sensor array according to any one of claims 1-4.
i. Sequentially contacting the sensor array with one or more rinse solutions and optionally one or more calibration solutions, each of the rinse solutions substantially containing the ions that the first ionophore tends to select. Missing step, and
ii. Subsequently contacting the sensor array with a biological sample.
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